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專題檢測（四） 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 一、選擇題(每小題有1～2個(gè)選項(xiàng)符合題意) 1．下列電池工作時(shí)，O2在正極放電的是(　　) A.鋅錳電池 B.氫燃料電池 C.鉛蓄電池 D.鎳鎘電池 解析：選B　A中正極放電的是MnO2，B中正極放電的是O2，C中正極放電的是PbO2，D中正極放電的是NiOOH。 2．物質(zhì)(t－BuNO)2在正庚烷溶劑中發(fā)生如下反應(yīng)： (t－BuNO)22(t－BuNO)　ΔH＝＋50.5 kJmol－1，Ea＝90.4 kJmol－1。下列圖像合理的是(　　) 解析：選D　ΔH>0，此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，生成物的總能量大于反應(yīng)物的總能量，B、C項(xiàng)錯(cuò)誤；再根據(jù)Ea和ΔH的比例關(guān)系可知D項(xiàng)正確。 3．(2019常州一中模擬)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷電路板中的銅，其熱化學(xué)方程式為Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2H2O(l)　ΔH。已知： ①Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g) ΔH1＝＋64 kJmol－1 ②2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　 ΔH2＝－196 kJmol－1 ③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　 ΔH3＝－286 kJmol－1 下列說法不正確的是(　　) A．反應(yīng)①可通過銅作電極電解稀H2SO4的方法實(shí)現(xiàn) B．反應(yīng)②在任何條件下都能自發(fā)進(jìn)行 C．若H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH4，則ΔH4<ΔH3 D．ΔH＝－320 kJmol－1 解析：選C　用銅作電極電解稀H2SO4時(shí)，兩個(gè)電極的反應(yīng)分別為Cu－2e－===Cu2＋、2H＋＋2e－===H2↑，總反應(yīng)為Cu＋2H＋Cu2＋＋H2，A項(xiàng)正確；反應(yīng)②的ΔH<0，ΔS>0，則在任何條件下均能自發(fā)進(jìn)行，B項(xiàng)正確；因?yàn)镠2O(g)所具有的能量較H2O(l)高，則反應(yīng)H2(g)＋O2(g)===H2O(g)放出的熱量較少，ΔH4>ΔH3，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由蓋斯定律可得ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－320 kJmol－1，D項(xiàng)正確。 4．鎂及其化合物一般無毒(或低毒)、無污染，且鎂電池放電時(shí)電壓高而平穩(wěn)。其中一種鎂電池的反應(yīng)為xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．放電時(shí)Mg2＋向正極遷移 B．放電時(shí)正極反應(yīng)為Mo3S4＋2xe－===Mo3S C．充電時(shí)Mo3S4發(fā)生氧化反應(yīng) D．充電時(shí)陰極反應(yīng)為Mg2＋＋2e－===Mg 解析：選C　電池放電時(shí)，相當(dāng)于原電池，電解質(zhì)溶液中陽離子(Mg2＋)向正極遷移，A正確；放電時(shí)，正極上Mo3S4發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；充電時(shí)是電解池，Mo3S4是產(chǎn)物，C錯(cuò)誤；充電時(shí)，陰極為陽離子(Mg2＋)發(fā)生還原反應(yīng)，D正確。 5．某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H＋，其基本結(jié)構(gòu)如圖所示，電池總反應(yīng)可表示為2H2＋O2===2H2O，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．電子通過外電路從b極流向a極 B．b極上的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗1.12 L的H2 D．H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極 解析：選D　由電極反應(yīng)式可知，H2通入的一極為負(fù)極，O2通入的一極為正極，故a為負(fù)極、b為正極，電子應(yīng)該是通過外電路由a極流向b極，A錯(cuò)誤；b極上的電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B錯(cuò)誤；沒有明確此時(shí)是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況，故無法計(jì)算消耗H2的體積，C錯(cuò)誤。 6．在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫共電解H2OCO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　) A．X是電源的負(fù)極 B．陰極的反應(yīng)式：H2O＋2e－===H2↑＋O2－，CO2＋2e－===CO＋O2－ C．總反應(yīng)可表示為H2O＋CO2H2＋CO＋O2 D．陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是1∶1 解析：選D　A．從圖示可看出，與X相連的電極發(fā)生H2O→H2、CO2→CO的轉(zhuǎn)化，均得電子，應(yīng)為電解池的陰極，則X為電源的負(fù)極，A正確；B.陰極H2O→H2、CO2→CO均得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式分別為H2O＋2e－===H2↑＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－，B正確；C.從圖示可知，陰極生成H2和CO的同時(shí)，陽極有O2生成，所以總反應(yīng)可表示為H2O＋CO2H2＋CO＋O2，C正確；D.從總反應(yīng)方程式可知，陰極生成2 mol氣體(H2、CO各1 mol)、陽極生成1 mol氣體(氧氣)，所以陰、陽兩極生成的氣體物質(zhì)的量之比為2∶1，D錯(cuò)誤。 7．(2019連云港模擬)用如圖裝置電解硫酸鉀溶液制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。從開始通電時(shí)，收集B和C逸出的氣體。1 min后測得B口的氣體體積為C口處的一半，下列說法不正確的是(　　) A．電源左側(cè)為正極 B．電解槽左側(cè)的電極反應(yīng)方程式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ C．D口導(dǎo)出的溶液為KOH溶液，且濃度比剛加入電解槽右側(cè)時(shí)的濃度小 D．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，若1 min后從C口處收集到的氣體比B口處收集到的氣體多2.24 L，則有0.1NA個(gè)SO通過陰離子膜 解析：選CD　根據(jù)題意，電極應(yīng)為惰性電極，左側(cè)電極為陽極，右側(cè)電極為陰極，電極反應(yīng)式為陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)；陰極：4H＋＋4e－===2H2↑(或4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－)；A、B均正確；C項(xiàng)，右側(cè)由于H＋放電，產(chǎn)生KOH，所以其濃度比剛加入電解槽右側(cè)時(shí)的濃度大；D項(xiàng)，設(shè)產(chǎn)生O2為x mol，則產(chǎn)生H2為2x mol,2x－x＝0.1 mol，x＝0.1 mol，消耗的OH－為0.4 mol，則有0.2NA個(gè)SO通過陰離子膜。 8．用酸性甲醛燃料電池為電源進(jìn)行電解的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下列說法中正確的是(　　) A．當(dāng)a、b都是銅作電極時(shí)，電解的總反應(yīng)方程式為2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑ B．燃料電池工作時(shí)，正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．當(dāng)燃料電池消耗22.4 L甲醛氣體時(shí)，電路中理論上轉(zhuǎn)移2 mol e－ D．燃料電池工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為HCHO＋H2O－2e－===HCOOH＋2H＋ 解析：選D　由題中裝置圖可知，左邊是原電池裝置，右邊是電解池裝置。通入HCHO的一極是負(fù)極，通入O2的一極是正極，a是陰極，b是陽極。當(dāng)a、b都是銅作電極時(shí)，a極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu，b極反應(yīng)為Cu－2e－===Cu2＋，A項(xiàng)錯(cuò)誤；燃料電池工作時(shí)，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)，所以電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B項(xiàng)錯(cuò)誤；沒有給出氣體所處的溫度和壓強(qiáng)，甲醛氣體的體積為22.4 L時(shí)其物質(zhì)的量不一定為1 mol，C項(xiàng)錯(cuò)誤；燃料電池工作時(shí)，甲醛失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)HCHO＋H2O－2e－===HCOOH＋2H＋，D項(xiàng)正確。 二、非選擇題 9．能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，我國目前使用的能源主要是化石燃料。 (1)在25 ℃、101 kPa時(shí)，16 g CH4完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出的熱量是890.3 kJ，則CH4燃燒的熱化學(xué)方程式為___________________________________________________。 (2)已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH＝－437.3 kJmol－1 H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　 ΔH＝－285.8 kJmol－1 CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH＝－283.0 kJmol－1 則煤氣化反應(yīng)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的焓變?chǔ)＝______kJmol－1。 (3)如圖所示組成閉合回路，其中，甲裝置中CH4為負(fù)極，O2和CO2的混合氣體為正極，稀土金屬材料為電極，以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)；乙裝置中a、b為石墨，b極上有紅色物質(zhì)析出，CuSO4溶液的體積為200 mL。 ①甲裝置中氣體A為__________(填“CH4”或“O2和CO2”)，d極上的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 ②乙裝置中a極上的電極反應(yīng)式為__________________________________________。 若在a極產(chǎn)生112 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，則甲裝置中消耗CH4________mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，乙裝置中所得溶液的pH＝________。(忽略電解前后溶液體積變化) ③如果乙中電極不變，將溶液換成飽和Na2SO4溶液，當(dāng)陰極上有a mol氣體生成時(shí)，同時(shí)有w g Na2SO410H2O晶體析出，若溫度不變，剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)為________(用含w、a的表達(dá)式表示，不必化簡)。 解析：甲裝置為原電池，乙裝置為電解池，b極上析出的紅色物質(zhì)是Cu，b極為陰極，c極為負(fù)極，d極為正極，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2CO2===2CO；a極為陽極，析出O2，電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；a極產(chǎn)生112 mL O2，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量＝4＝0.02 mol，消耗V(CH4)＝22.4 Lmol－1＝0.056 L，乙裝置中所得c(H＋)＝＝0.1 molL－1，pH＝1。電解飽和Na2SO4溶液相當(dāng)于電解水，當(dāng)陰極上有a mol氫氣生成時(shí)，陽極生成氧氣的物質(zhì)的量為0.5a mol，電解水的質(zhì)量為a mol2 gmol－1＋0.5a mol32 gmol－1＝18a g，剩余溶液仍然是飽和溶液，則溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%。 答案：(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJmol－1 (2)131.5 (3)①CH4　O2＋4e－＋2CO2===2CO ②4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　56　1 ③100% 10．全釩液流電池是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的電池，目前釩電池技術(shù)已經(jīng)趨近成熟。如圖是釩電池基本工作原理示意圖： 請回答下列問題： (1)硫酸在電池技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室中具有廣泛的應(yīng)用，在傳統(tǒng)的銅鋅原電池中，硫酸是________________，實(shí)驗(yàn)室中配制硫酸亞鐵時(shí)需要加入少量硫酸，硫酸的作用是________________________。 (2)釩電池由溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價(jià)態(tài)的釩離子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO)為正極和負(fù)極的活性物質(zhì)組成，電池總反應(yīng)為VO2＋＋V3＋＋H2OV2＋＋VO＋2H＋。放電時(shí)的正極反應(yīng)式為______________________，充電時(shí)的陰極反應(yīng)式為__________________________。放電過程中，電解液的pH________(填“升高”“降低”或“不變”)。 (3)釩電池基本工作原理示意圖中“正極電解液”可能是________。 a．VO、VO2＋混合液　　 b．V3＋、V2＋混合液 c．VO溶液 d．VO2＋溶液 e．V3＋溶液 f．V2＋溶液 (4)能夠通過釩電池基本工作原理示意圖中“隔膜”的離子是________。 解析：(1)傳統(tǒng)的銅鋅原電池中，鋅與酸反應(yīng)生成氫氣，故硫酸為電解質(zhì)溶液；硫酸亞鐵容易水解，且水解顯酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解變質(zhì)。(2)正極反應(yīng)是還原反應(yīng)，由電池總反應(yīng)可知放電時(shí)的正極反應(yīng)為VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充電時(shí)，陰極反應(yīng)為還原反應(yīng)，故為V3＋得電子生成V2＋的反應(yīng)。(3)充電時(shí)陽極反應(yīng)式為VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，故充電完畢的正極電解液為VO溶液，而放電完畢的正極電解液為VO2＋溶液，故正極電解液可能是選項(xiàng)a、c、d。(4)充電和放電過程中，正極電解液與負(fù)極電解液不能混合，起平衡電荷作用的是加入的酸，故H＋可以通過隔膜。 答案：(1)電解質(zhì)溶液　抑制硫酸亞鐵的水解 (2)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O V3＋＋e－===V2＋　升高 (3)acd　(4)H＋ 11．甲醇是一種重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景。 (1)已知：CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g)ΔH＝＋84 kJmol－1 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－484 kJmol－1 ①工業(yè)上常以甲醇為原料制取甲醛，請寫出CH3OH(g)與O2(g)反應(yīng)生成HCHO(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式：______________________________________________。 ②在上述制備甲醛時(shí)，常向反應(yīng)器中通入適當(dāng)過量的氧氣，其目的________________________________________________________________________。 (2)工業(yè)上可用如下方法合成甲醇，化學(xué)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表所示： 化學(xué)鍵 C—C C—H H—H C—O C≡O(shè) O—H 鍵能/(kJmol－1) 348 413 436 358 x 463 請回答下列問題： ①該反應(yīng)的ΔS________(填“>”或“<”)0。圖1中曲線a到曲線b的措施是_______________。 ②已知CO中的C與O之間為叁鍵，其鍵能為x kJmol－1，則x＝________。 (3)由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的新型手機(jī)電池，可使手機(jī)連續(xù)使用一個(gè)月才充一次電。 ①該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____________________________________________。 ②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200 mL含有如下離子的溶液。 離子 Cu2＋ H＋ Cl－ SO c/(molL－1) 0.5 2 2 0.5 電解一段時(shí)間后，當(dāng)兩極收集到相同體積(相同條件下)的氣體時(shí)(忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象)陽極上收集到氧氣的質(zhì)量為________。 (4)電解水蒸氣和CO2產(chǎn)生合成氣(H2＋CO)。較高溫度下(700～1 000 ℃)，在SOEC兩側(cè)電極上施加一定的直流電壓，H2O和CO2在氫電極發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生O2－，O2－穿過致密的固體氧化物電解質(zhì)層到達(dá)氧電極，在氧電極發(fā)生氧化反應(yīng)得到純O2。由圖2可知A為直流電源的________(填“正極”或“負(fù)極”)，請寫出以H2O為原料生成H2的電極反應(yīng)式：________________________________________________________________________。 解析：(1)①第一個(gè)熱化學(xué)方程式2＋第二個(gè)熱化學(xué)方程式，即可得到目標(biāo)反應(yīng)。②兩種反應(yīng)物，一種稍過量，可以保證另一種充分反應(yīng)，同時(shí)甲醇的催化氧化需要加熱，H2與O2化合放熱，提供反應(yīng)所需的能量。(2)①該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，ΔS<0；圖中曲線a的活化能大，而曲線b的活化能小，所以曲線a到曲線b的措施是加入催化劑。②根據(jù)圖像，可以寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－91 kJmol－1，根據(jù)反應(yīng)的ΔH等于反應(yīng)物鍵能之和減去生成物鍵能之和，x＋2436－(3413＋358＋463)＝－91，解得x＝1 097。(3)①由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的燃料電池，通入甲醇的一極發(fā)生氧化反應(yīng)生成碳酸根離子和水，作原電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。②根據(jù)題意知，陽極電極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極電極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑；設(shè)陽極生成氧氣的物質(zhì)的量為x mol，則陽極0.4 mol Cl－先失去0.4 mol e－生成0.2 mol Cl2，OH－再失去4x mol e－生成x mol O2，陰極0.1 mol Cu2＋先得到0.2 mol e－，根據(jù)得失電子守恒，H＋再得到0.4＋4x－0.2＝(0.2＋4x) mol e－，生成(0.1＋2x) mol H2，陰、陽兩極產(chǎn)生氣體體積相同，則0.2＋x＝0.1＋2x，解得x＝0.1，陽極上收集到氧氣的物質(zhì)的量為0.1 mol，質(zhì)量為3.2 g。(4)根據(jù)O2－的移動(dòng)方向可知氧電極是陽極，所以B是正極，A是負(fù)極；根據(jù)介質(zhì)環(huán)境，H2O得到電子生成H2，O以 O2－形式存在。 答案：(1)①2CH3OH(g)＋O2(g)===2HCHO(g)＋2H2O(g) ΔH＝－316 kJmol－1?、谔岣呒状嫉霓D(zhuǎn)化率，且氧氣與氫氣化合放熱，為制備甲醛提供能量 (2)①<　加入催化劑　②1 097 (3)①CH3OH－6e－＋8OH－===CO2＋6H2O?、?.2 g (4)負(fù)極　H2O＋2e－===H2↑＋O2－